Autor: Lukas Bijikli, manažer portfolia produktů, integrované převodovky, komprese R&D CO2 a tepelná čerpadla, Siemens Energy.
Po mnoho let byl integrovaný převodový kompresor (IGC) technologií volby pro závody separace vzduchu. Je to hlavně způsobeno jejich vysokou účinností, což přímo vede ke sníženým nákladům na kyslík, dusík a inertní plyn. Rostoucí zaměření na dekarbonizaci však klade nové požadavky na IPC, zejména z hlediska efektivity a flexibility regulace. Kapitálové výdaje jsou i nadále důležitým faktorem pro provozovatele rostlin, zejména v malých a středních podnicích.
Během několika posledních let zahájila společnost Siemens Energy několik projektů výzkumu a vývoje (R&D) zaměřené na rozšíření schopností IGC, aby vyhovovaly měnícím se potřebám trhu se oddělením vzduchu. Tento článek zdůrazňuje některá konkrétní zlepšení designu, která jsme provedli, a diskutuje o tom, jak mohou tyto změny pomoci splnit náklady našich zákazníků a snižování uhlíku.
Většina jednotek separace vzduchu je dnes vybavena dvěma kompresory: hlavním kompresorem vzduchu (MAC) a kompresorem vzduchu (BAC). Hlavní vzduchový kompresor obvykle stlačuje celý proud vzduchu z atmosférického tlaku na přibližně 6 bar. Část tohoto toku je pak dále stlačena v BAC na tlak až 60 bar.
V závislosti na zdroji energie je kompresor obvykle poháněn parní turbínou nebo elektrickým motorem. Při používání parní turbíny jsou oba kompresory poháněny stejnou turbínou přes koncové hřídele. V klasickém schématu je mezi parní turbínou a HAC nainstalováno přechodné zařízení (obr. 1).
V systémech poháněných elektricky řízenými i parními turbínovými systémy je účinnost kompresoru silnou pákou pro dekarbonizaci, protože přímo ovlivňuje spotřebu energie jednotky. To je zvláště důležité pro MGP řízené parními turbínami, protože většina tepla pro produkci páry se získává v kotlech na fosilní palivo.
Přestože elektrické motory poskytují zelenější alternativu k pohonům s parní turbínou, často existuje větší potřeba flexibility kontroly. Mnoho moderních separačních závodů, které se dnes staví, je připojeno k síti a má vysokou úroveň spotřeby obnovitelné energie. Například v Austrálii jsou například plány na stavbu několika rostlin zelených amoniaku, které budou používat jednotky separace vzduchu (ASUS) k výrobě dusíku pro syntézu amoniaku a očekává se, že dostávají elektřinu z nedalekého větru a solárních farem. U těchto rostlin je regulační flexibilita rozhodující pro kompenzaci přirozených kolísání výroby energie.
Společnost Siemens Energy vyvinula první IGC (dříve známý jako VK) v roce 1948. Dnes společnost vyrábí více než 2 300 jednotek po celém světě, z nichž mnohé jsou určeny pro aplikace s průtokovým rychlostí přesahujícím 400 000 m3/h. Naše moderní MGP mají průtok až 1,2 milionu metrů krychlových za hodinu v jedné budově. Patří mezi ně bezstarostné verze kompresorů konzoly s poměry tlaku až 2,5 nebo vyšší v jednostupňových verzích a tlakové poměry až do 6 v sériových verzích.
V posledních letech jsme splnili rostoucí požadavky na efektivitu IGC, regulační flexibilitu a kapitálové náklady, provedli jsme několik pozoruhodných vylepšení designu, která jsou shrnuty níže.
Variabilní účinnost řady oběžných kol obvykle používaných v prvním stupni MAC se zvyšuje změnou geometrie čepele. S tímto novým oběžným oběžným oběžným oběžným oběžným oběžným oběžným kovostem lze lze proměnlivé účinnosti až 89% dosáhnout v kombinaci s konvenčními difuzory LS a více než 90% v kombinaci s novou generací hybridních difuzorů.
Navíc má oběžné číslo Mach vyšší než 1,3, což poskytuje první fázi vyšší poměr hustoty výkonu a kompresní. To také snižuje napájení, které musí přenášet ve třístupňových systémech MAC, což umožňuje použití převodovek s menším průměrem a přímé pohonné převodovky v prvních fázích.
Ve srovnání s tradičním difuzérem lopatky LS v plné délce má hybridní difuzor příští generace zvýšenou účinnost fáze 2,5% a kontrolním faktorem 3%. Toto zvýšení je dosaženo smícháním čepelí (tj. Čepele jsou rozděleny do sekcí plné výšky a částečné výšky). V této konfiguraci
Výstup průtoku mezi oběžným oběžným kočárkem je snížen částí výšky čepele, která je umístěna blíže k oběžnému automobilu než čepele konvenčního difuzoru LS. Stejně jako u konvenčního difuzoru LS jsou přední okraje lopatků plné délky ekvidistantní z oběžného kola, aby se zabránilo interakci oběžného diffuseru, která by mohla poškodit čepele.
Částečně zvýšení výšky čepelí blíže k oběžnému oběhu také zlepšuje směr průtoku poblíž pulzní zóny. Protože náběžná hrana sekce lopatky celé délky zůstává stejným průměrem jako konvenční difuzor LS, není škrticí linie ovlivněna, což umožňuje širší rozsah aplikací a ladění.
Vstřikování vody zahrnuje vstřikování kapiček vody do proudu vzduchu do sací trubice. Kapičky se odpařují a absorbují teplo z procesního proudu plynu, čímž se snižují vstupní teplotu do fáze komprese. To má za následek snížení požadavků na isentropickou energii a zvýšení účinnosti o více než 1%.
Kalení hřídele ozubeného kola vám umožní zvýšit přípustný napětí na jednotku plochy, což vám umožní zmenšit šířku zubu. To snižuje mechanické ztráty v převodovce až o 25%, což má za následek zvýšení celkové účinnosti až o 0,5%. Kromě toho mohou být hlavní náklady na kompresor sníženy až o 1%, protože ve velké převodovce se používá méně kovu.
Toto oběžné kolo může pracovat s koeficientem průtoku (φ) až 0,25 a poskytuje o 6% více kol hlavy než 65 stupňů. Kromě toho koeficient průtoku dosahuje 0,25 a při konstrukci dvojitého toku stroje IGC dosahuje objemový tok 1,2 milionu m3/h nebo dokonce 2,4 milionu m3/h.
Vyšší hodnota PHI umožňuje použití oběru menšího průměru při stejném objemovém toku, čímž se snižuje náklady na hlavní kompresor až o 4%. Průměr oběžného oběsa prvního stupně může být ještě dále snížen.
Vyšší hlava je dosažena úhlem vychylování komise 75 °, což zvyšuje složku obvodové rychlosti na výstupu, a tak poskytuje vyšší hlavu podle Eulerovy rovnice.
Ve srovnání s vysokorychlostními a vysoce efektivními oběžnými oběky je účinnost oběžného ověru mírně snížena kvůli vyšším ztrátám na voltu. To lze kompenzovat pomocí středně velkého šneka. Avšak i bez těchto volutů lze variabilní účinnost až 87% dosáhnout při machově čísle 1,0 a koeficientu toku 0,24.
Menší voltu umožňuje vyhnout se kolizím s jinými voluty, když se sníží průměr velkého zařízení. Operátoři mohou ušetřit náklady přepnutím z 6-pólového motoru na čtyřpólový motor s vyšší rychlostí (1000 ot / min na 1500 ot / min), aniž by překročili maximální přípustnou rychlost převodovky. Kromě toho může snížit náklady na materiál u spirálových a velkých rychlostních stupňů.
Celkově může hlavní kompresor ušetřit až 2% kapitálových nákladů a motor může také ušetřit 2% kapitálových nákladů. Protože kompaktní voluty jsou poněkud méně efektivní, rozhodnutí je používat z velké části závisí na prioritách klienta (náklady vs. efektivita) a musí být posouzeno na základě projektu podle projektu.
Pro zvýšení kontrolních schopností lze IGV nainstalovat před více fázemi. To je v ostrém kontrastu s předchozími projekty IGC, které zahrnovaly pouze IGV až do první fáze.
V dřívějších iteracích IGC zůstal konstantní koeficient víru (tj. Úhel druhého IGV děleno úhlem prvního IGV1) bez ohledu na to, zda tok byl vpřed (úhel> 0 °, redukující hlavu) nebo reverzní víření (úhel <0). °, tlak se zvyšuje). To je nevýhodné, protože znak úhlu se mění mezi pozitivními a negativními víry.
Nová konfigurace umožňuje použít dva různé poměry víru, když je stroj v režimu vpřed a vzad víru, čímž se zvyšuje kontrolní rozsah o 4% při zachování konstantní účinnosti.
Začleněním difuzoru LS pro oběžné kolo, který se běžně používá v BAC, může být vícestupňová účinnost zvýšena na 89%. To, v kombinaci s dalšími zlepšeními účinnosti, snižuje počet BAC fází při zachování celkové účinnosti vlaku. Snížení počtu fází eliminuje potřebu mezichladiče, souvisejícího potrubí plynu a komponent rotoru a statoru, což má za následek úsporu nákladů 10%. Navíc je v mnoha případech možné kombinovat hlavní vzduchový kompresor a posilovací kompresor v jednom stroji.
Jak již bylo zmíněno dříve, mezi parní turbínou a VAC je obvykle vyžadováno přechodné zařízení. S novým designem IGC od společnosti Siemens Energy může být tento volnoběh integrován do převodovky přidáním volnoběžné hřídele mezi pastorkovým šachtou a velkým převodem (4 ozubená kola). To může snížit celkové náklady na vedení (hlavní kompresor plus pomocné zařízení) až o 4%.
Kromě toho jsou 4-pinionová ozubená kola efektivnější alternativou k kompaktním posuvníkům pro přepínání z 6-pólových na 4-pólové motory ve velkých hlavních vzduchových kompresorech (pokud existuje možnost kolize s volutou nebo pokud se sníží maximální přípustná rychlost pastorku). ) minulost.
Jejich použití se také stává běžnější na několika trzích důležitých pro průmyslovou dekarbonizaci, včetně tepelných čerpadel a komprese páry, jakož i komprese CO2 při vývoji, využití a skladování (CCU) CO2.
Siemens Energy má dlouhou historii navrhování a provozu IGC. Jak dokládá výše uvedené (a další) úsilí o výzkum a vývoj, jsme odhodláni neustále inovovat tyto stroje, aby vyhovovaly jedinečným potřebám aplikací a splňovaly rostoucí požadavky na trh na nižší náklady, zvýšenou efektivitu a zvýšenou udržitelnost. KT2
Čas příspěvku: dubna-28-2024